《材料物理》智慧課堂建設探索*

王守玲，章 敏，張金花，汪鵬飛，汪賢才

(池州學院材料與環境工程學院， 安徽 池州 247000)

在國際創新驅動競爭日益激烈的國際大環境下，國家積極推動創新驅動發展戰略，大力發展新技術、新產業，以確保我國經濟能順利實現由高速增長階段向高質量發展階段轉變[1]。新材料的開發和應用對高科技和現代工業的發展及國防建設具有巨大的支撐作用，能為創新驅動發展戰略的實施提供源源不竭的動力[2]。目前，新材料的研究與開發速度日益加快，新理論、新工藝、新產品和新問題不斷涌現，新材料的可持續發展迫切需要系統的理論指導與技術保障[3]。《材料物理》是從物理學基本原理出發闡釋材料結構與性能之間的關系，為學生將來從事新材料的研究與開發奠定良好基礎[4]。本文對材料物理課程改革的方式進行了探討，并對基于“雨課堂”技術的智慧課堂的建設和教學實踐進行了分析與總結。

1 新工科背景下材料物理教學模式改革的必要

為主動應對新一輪科技革命和產業變革，教育部自2017年以來積極推進新工科建設，全力探索形成領跑全球工程教育的中國模式、中國經驗、中國品牌[1]。新工科專業，主要是指以互聯網和人工智能為核心的相關新興專業，如大數據、云計算、人工智能、區塊鏈、虛擬現實、智能科學與技術等[9]。新產業對新材料、新技術和創新實踐型人才的需求凸顯了材料物理的重要地位，同時也對材料物理的教學提出了更高的要求。如何改革教育教學模式，培養創新能力強、實踐能力強、具備國際競爭力的高素質復合型材料學人才，是課程改革的重中之重。《材料物理》是材料學相關專業的重要基礎課程之一，旨在培養學生的開拓探索意識和創新思維能力。課程主要介紹電、磁、光、熱及核物理等方面的基礎知識，著重培養學生的創新意識和實踐能力[5]。

1.1 材料物理教學現狀和存在問題

材料物理是一門交叉課程，課程難度大，重基礎，對基礎知識和邏輯思考的能力要求較高。筆者在教學過程中發現，學生對物理類的課程較為畏懼，先入為主地認為課程枯燥且難度大。此外，由于大三年級學生尚未真正參與材料的設計實驗，不能很好的做到理論聯系實際，導致學生普遍反映本課程過于空中樓閣，高不可攀。因此，如何激發學生的學習興趣成為課程改革的首要任務。

此外，課堂教學效果反饋不夠及時。現行教學反饋主要有兩種形式，一是課堂提問，二是課后作業[6]。然而，課后作業存在抄襲現象，不能有效體現學生對知識點的整體掌握水平。課堂提問-回答模式也只能反映少部分學生的學習狀況。通過對往屆學生考試結果的分析發現，學生在備考過程中，死記硬背的現象明顯，不能做到知識點的靈活運用，反映了教學反饋的不足。因此，如何改進教學反饋模式以提高教學質量是課程改革的關鍵。

1.2 信息化時代學習方式的改變

高速發展的互聯網技術改變了人們認知和學習的方式，傳統的課堂教育正受到網絡的強烈沖擊[7]。隨著QQ、微信、微博等社交網絡平臺對日常生活的不斷滲透，學生的時間和精力被這些碎片化信息所占用，有效學習時間顯著減少。與此同時，精品課程、慕課、公開課等在線教學平臺發展迅速，為學生提供了足不出戶即可跟隨國內外教學名師的教學視頻進行學習的條件。然而，在線網絡教學平臺雖有助于提高學生自主學習的積極性，但也會讓學生不再滿足于現有的課堂教學模式，降低課堂學習興趣[8]。由此可見，傳統的課堂教育正面臨前所未有的挑戰，課堂教學改革勢在必行。

2 教學方法和教學手段的改革

2.1 理論與實踐的結合

實踐證明，理論知識與生活實踐的結合可以較好的吸引學生的注意力，激發學習興趣。鑒于學生普遍反映本門課程像空中樓閣一樣飄渺，在教學過程中需要特別注意理論知識與生活實踐的結合。例如，電學部分可聯系超導電纜、用于太陽能電池的半導體材料、基于電介質理論的超級電容器等；磁學部分難度較大，可由生活中常見的磁帶、磁鐵、磁盤切入，向硬磁、軟磁、巨磁電阻、磁流體等其他應用拓展；透明導電薄膜、紅外光譜儀/紫外光譜儀的窗口材料、閃閃發光的寶石為光學部分提供了很好的案例介紹；在熱學部分，以筆記本電腦內部元器件著手，讓學生思考電子元器件應具備怎樣的性能；核物理部分則通過核電站，普及核聚變及核裂變等核反應知識，讓學生產生對物理學的興趣。

2.2 啟發式教學模式的引入

在課程導入時，以新科技、新材料作為切入點，吸引學生的注意力，為后續的理論學習打好基礎。為了引導并督促學生課下主動追蹤相關新聞報道及行業熱點，課上提出多個課題，如透明導電薄膜的制備、光與顏色、燈的發展史等，讓學生在課下分組進行資料收集、制作演示PPT，讓學生主動了解行業動態及就業方向。

2.3 網絡資源的推送

高速發展的互聯網技術雖給學生提供了各種各樣的信息和獲取信息的渠道，卻也衍生了多種易讓人沉迷的休閑娛樂方式。例如，課間休息時絕大多數學生或是刷朋友圈，或是看在線視頻、讀電子小說，很少有同學主動對課程內容進行深入思考。如若能引導學生利用網絡關注科技資訊、行業動態，將自身興趣與所學專業進行結合，提前對自己的職業生涯進行規劃，則有利于人才的培養。

納米人、能源學人以及研之成理等科普公眾號的出現為學生了解科研動向提供了平臺。這些公眾號的推薦，既補充了課堂理論教學的不足，又拓展了學生課下學習的渠道，提高了學生自主學習的能力。平昌冬奧會的《北京8分鐘》、人造太陽等網絡視頻片段的播放，則引發了學生對科技類視頻的關注。《開講啦》、《朗讀者》等人文情懷視頻的推送，則可借鑒大師們的親身經歷和諄諄教誨，促使學生積極向上，百折不撓。

3 智慧課堂的實踐

教學內容的精選與啟發式教學模式的引入，初步提高了學生的學習興趣。然而，教學過程中筆者發現，學生的參與度不高，教學反饋模式也有待改進。依托“雨課堂”、“學習通”等現代教學技術，為啟發式教學的開展提供良好的平臺。下文以“雨課堂”為例進行探索與分析。

3.1 預習和復習資料的推送

理想的課堂是師生均有備而來，且課堂上能有充分的互動，因此學生的預習顯得尤為重要。借助“雨課堂”授課教師可以有效推送預習材料，如quiz、視頻、語音或者拓展閱讀材料等，讓學生更全面地預習。課后還可以發送專項練習或試卷至班級，既督促了學生課后的自主復習，又提高了教師的作業批改效率。另外，這些交互平臺省去了課上點名的時間，提高了教學的有效時長。

3.2 課堂教學效果的清晰呈現

智慧課堂的建設有助于教學效果的清晰呈現，這也是智慧課堂最大的優勢。在授課PPT中插入練習題，設置答題時間，上課時發布至班級。學生提交后，即可生成課堂練習結果統計圖。這一功能有助于有的放矢的對錯答學生進行針對性輔導。另外，課程結束后系統會自動推送優秀學生及預警學生名單，這有助于授課教師對不同學習層次的學生給予不同的指導，便于因材施教。

3.3 課堂參與度的有效提高

以往提出開放型問題時，只有少數學生能與任課教師互動。大部分學生或是內斂、或是怕出錯，尚未走出“你教我學”這種傳統的學習模式，很難看到這部分學生的亮眼表現。彈幕功能很好地解決了這一問題。授課時開啟彈幕功能，學生可把自己的想法以彈幕的方式發送。彈幕的利用既方便了任課教師對學生思路加以引導，又有助于學生開啟頭腦風暴。需要注意的是，在講授知識點時需關閉彈幕，以免分散學生的注意力。

實踐發現，在教學過程中引入“雨課堂”后，學生的課堂參與度、基礎知識的掌握水平、自主學習的能力以及創新性意識和綜合設計材料的能力均有所提高。

4 結 語

《材料物理》是材料專業的重要能力課程，旨在培養具有較強實踐能力和創新能力的高素質復合型新工科人才。作為一門基礎性理論課程，難度較大。在教育部對新工科建設和智慧教育的大力推廣之下，本文對課程的教學內容和授課方式等方面的改革進行了探討，旨在激發學生的學習興趣，提高學習的自主性和積極性，為后續從事材料方面的相關工作打下良好的基礎。